CHAPITRE IX. POUVOIR ABRASIF DU CORINDON

On sait depuis longtemps, et les premiers auteurs qui se sont occupés des propriétés du corindon l'ont nettement signalé, que le corindon présente, entre certaines limites, de grandes différences de dureté suivant les localités. Ces différences ont été généralement attribuées à la présence de certaines impuretés, notamment d'eau hygrométrique. Dans son étude des émeris d'Asie Mineure, le D' Smith a été frappé du fait que la dureté relative des émeris, prise au point de vue minéralogique, si elle n'est pas très difficile à déterminer, ne donne cependant aucune idée exacte de leurs propriétés abrasives. Chaque fois qu'on a pu examiner de près le phénomène du frottement de l'émeri contre une substance dure, comme l’agate ou le verre, on s'est rendu compte que l'usure ou la rayure n'était bonne et constante que lorsque les surfaces à travailler venaient en contact avec des pointes saillantes de corindon; au contraire les espaces intermédiaires, remplis de matériaux impurs, n'avaient qu'un effet médiocre ou nul. La connaissance de la dureté, évaluée en degré de l'échelle de Mohs, n’a donc pas une grande importance pratique. Les mêmes principes s'appliquent, moins strictement cependant, aux gisements de corindon. Il faut donc conclure que, si le pouvoir abrasif d'un minéral dépend d’abord de sa dureté, son utilisation comme matériau de polissage dépend aussi d’autres qualités essentielles. Ces qualités tiennent surtout à l’état de cohésion de la substance, c'est-à-dire à l'absence de plans de cassure ou de pseudo-clivages, à une forte dureté superficielle, et à la, ‘ilté de la substance à se briser sous la pression en grains arrondis plutôt qu’en fragments longs, plats ou anguleux.

L'idée si répandue que tous les corindons ont les mêmes, ou presque les mêmes qualités en tant que matériaux de polissage n'a jamais été consacrée par l'expérience des fabricants de meules ou des commerçants en matériaux de polissage. C'est à la suite de cette constatation que les industriels et les commerçants sont arrivés à reconnaître qu'il fallait de toute nécessité établir des méthodes d'essai uniformes et impératives si on voulait mettre l'industrie des matériaux de polissage sur des bases véritablement économiques et empêcher les pratiques frauduleuses, si anciennes et si répandues, des commerçants en gros. L'établissement de méthodes certaines d'essai permettrait, dans certaines limites au moins, de déterminer le pouvoir relatif et par suite la valeur relative des abrasifs offerts par le commerce. Le D" Smith a imaginé une méthode

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simple et relativement exacte dans la pratique, pour déterminer la “dureté efficace” de l'émeri corindon. On met dans un mortier de diamant de petits morceaux de la substance à essayer, et on la brise de deux ou trois coups secs de marteau. On passe au tamis de 400 trous au centimètre carré, et ce qui reste sur le tamis est retourné au mortier de diamant pour y être brisé de nouveau de la même manière. On répète l'opératic- autant de fois qu'il est nécessaire pour obtenir environ un gramme de poudre passant à travers le tamis. Ce procédé particulier, mais lent, de broyage a pour but d'éviter les productions d'une quantité trop grande de poussière fine ou “farine”.

L'essai du pouvoir abrasif efficace de cette poudre se fait au moyen d'un disque de verre, d'environ 4 pouces de diamètre etd’un petit mortier d'agate. Le disque de verre ayant été pesé sur une balance sensible, on le place sur une feuille de papier glacé. On jette alors peu à peu la poudre à essayer sur le verre qu'on frotte avec le fond du mortier d’agate. On continue à frotter avec le fond du mortier d'agate jusqu'à ce que la poudre soit réduite à l'état de farine impalpable n'ayant plus qu'une action insignifiante sur le verre. On pèse alors le verre dont la perte de poids peut être prise comme une mesure de la dureté efficace. Le choix de l’agate et du verre n’a été fait qu'après certains essais préliminaire avec agate contre agate, verre contre verre, et métal contre verre. Les agates se montrèrent trop dures, l'émeri passait à l’état de farine sans produire une usure appréciable. Les autres substances par contre ne pulvéraisaient pas suffisamment l'émeri et rendaient les essais longs et fastidieux. Le verre et l'agate donnèrent, dans l’ensemble, les meilleurs résultats, la quantité de verre enlevée par usure dans un temps raisonnable étant susceptible d'être pesée et donnant par suite des nombres précis et comparables. Les résultats obtenus par le D' Smith ont été mis dans le tableau de composition des divers corindons et émeris ayant fait l’objet de son étude (voir précédemment page 100).

La série la plus complète d'expériences en vue de déterminer le pouvoir abrasif du corindon est celle qu'a entreprise le professeur W. H. Emerson, de l'école technologique de Georgie, sous l'inspiration du D David T. Day, du Service géologique des États-Unis. Ces recherches furent amenées par la découverte de corindon de qualité industrielle nettement inférieure à Acworth, Georgie, dans l'été de 1894. La commission géologique de l'État de Georgie, reçut un échantillon de corindon avec prière de rechercher si sa mauvaise qualité provenait d’une particularité de composition. Par son aspect d'ensemble, cet échantillon ressemblait à tous les corindons, bien qu'il se laissat facilement rayer par le couteau et qu’en même temps il usat facilement l’agate. L'analyse Quenous avons donnée précédemment, à la page 100, ne révéla rien qu'une

Am. Inst. Min. Eng. Vol. XXIX, 1900, pp. 230-248.

proportion plutôt excessive d'eau (2:51 pour cent), alors que les corindons du sud en contenaient généralement de 0-3 à 1 pour cent. Depuis le célèbre mémoire du comte de Bournon en 1802 tous les observateurs ont admis successivement qu'un excès d’eau Lans le corindon diminue sa dureté. De même, en 1850, le D' Smith conclut de ses essais sur la “dureté efficace” du corindon, que ‘toutes choses égales d'ailleurs, les corindons les moins chargés d'eau sont les plus durs.”

Les essais entrepris par le professeur Emerson ont eu pour but de déterminer plus exactement, si possible, la relation qui pouvait exister entre la quantité d’eau de combinaison et le pouvoir abrasif. Ces essais portèrent sur douze échantillons dont la teneur totale en eau variait de 0-36 pour cent à 2:89 pour cent, cette dernière teneur correspondant au corindon d’Acworth, Georgie. Sauf un d’une origine inconnue, tous les échantillons venaient de gisements bien connus de la Georgie et de la Caroline du Nord. Les matériaux à essayer furent d’abord soigneusement débarrassés de leurs produits de décomposition ou gangue, puis pulvérisés dans un mortier de diamant, et passés au tamis de 80 mesh, d'après la méthode préconisée par le D° Smith, jusqu'à ce qu'on ait obtenu suffisamment de matière pour l'essai. La poudre fait ensuite traitée à l'acide azotique dilué pour enlever le fer. On en pèse 0-7 grammes qu'on divise grossièrement en quatre parties et chaque partie est broyée pendant vingt minutes entre le fond d'un petit mortier d'agate et une plaque de verre préalablement pesée. On lave soigneusement la plaque et on la pèse. La perte de poids divisée par le poids du corindon est prise comme mesure de la dureté efficace. L'expérience a montré qu'il était peu pratique de pousser jusqu'à ce que le corindon n'’use plus le verre. En répétant le même essai sur le même corindon, on a trouvé parfois des résultats variant de 10 pour cent.

À la suite de ces expériences on a conclu que s’il existe une relation entre la quantité d'eau et la dureté efficace, elie n'est pas assez étroite pour qu'on puisse déduire l'une de l'autre. Cependant les résultats du D‘ Smith et du professeur Eme:son semblent permettre de dire que lorsque la teneur en eau est élevée, jar exemple supérieure à 2 pour cent, la dureté efficace est probablement faible. Des essais faits sur des corindons débarrassés de leur eau par la chaleur tendent à prouver que “le chauffage à haute température accroît légèrement la dureté efficace.”

La valeur de la méthode du D' Smith ne fut pas mise sérieusement en doute pendant de nombreuses années, mais récemment des hommes qui font autorité en la matière, comme T. Dunkin Paret et le D' H.S. Lucas, ont pensé que, si les essais de Smith donnent indubitablement des valeurs relatives de dureté pour des corindons en grains, ils sont pratie quement sous valeur pour prévoir le rendement de corindons mis en meules.

La publication des théories de H. Paret! amena le professeur Emerson à continuer ses expériences. Emerson fut frappé du fait que dans le corindon enrobé ‘les forces travaillent d'une toute autre façon, et que les relations entre la résistance et les forces appliquées si différemment peuvent varier d'un corindon à l’autre.” Il construisit alors avec divers corindons de petite cylindres moulés dans une cartouche n° 16. Les grains de corindon passaient à travers le tamis de 80 et restaient sur le tamis de 100. Comme ciment il prit du verre liquide et une forte solution de chlorure de calcium, de magnésium et de fer. L'appareil de mesure consistait essentiellement en une plaque d'acier doux horizontale et fixée à une petite boîte, fixée elle-même au pivot d'une machine centrifuge. La pièce à essayer pesait sur la surface de la plaque au moyen d'une tige réglable chargée d’un poids de 3-25 livres. La plaque tournait à 300 tours par minute. Pour que cette plaque s'use d’une façon uniforme, la pièce à essayer était fréquemment changée de place. Les résultats obtenus ne furent malheureusement pas aussi concluants qu'on aurait pu l'espérer; on en donna trois raisons: (1) la plaque s’amincissait; (2) la plaque n'était pas homogène de l'extérieur à l’intérieur, à la suite sans doute du refroidissement après laminage ou du laminage à froid; (3) ‘le travail à froid” du polissage modifiait les propriétés du métal. Il résulta cependant de ces essais que le pouvoir abrasif efficace du corindon n'a aucun rapport étroit avec la composition, et que les essais de Smith sont sans valeur comme moyen de détermination de ce pouvoir abrasif lorsque le corinden est utilisé en meules et non en poudre.

Il est donc évident que les méthodes d'essai des abrasifs doivent être établies d'après la manière dont on les emploie dans l'industrie. Or les abrasifs s'emploient de trois façons différentes: 1° à l'état de granis libres, & ‘livers degrés de texture. (À la mine Craig de la Manufacture Corun- (14, ©, on livre 18 qualités différentes, dont le grain varie de 12 à 200). «à l'état de toile ou de papier. 3° à l’état de meules.

Ce sont les méthodes de Smith et d'Emerson, que nous avons décrites en détail, qui fournissent le plus simplement et le plus sûrement les pouvoirs abrasifs des matériaux des deux premières catégories.

Une bonne méthode qui, avec certaines modifications, peut servir à l'essai des meules de corindon et qui. avec quelques précautions donne des résultats assez exacts et concordants, est la suivante: On applique Contre une meule, et normalement à sa surface une pièce de fer d’une longueur convenable et de à de pouce par exemple de superficie. Cette pièce est guidée par de petits galets et reçoit une pression uniforme au moyen d’un bras de levier et d’un contrepoids. Le nombre de tours qu'il a fallu à la meule pour user la pièce de fer d’un demi pouce, donne un nombre de pieds ou de milles qui est une mesure de la dureté,

‘Jour. Franck. Inst. nes 5 et 6, 1894.

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Une autre méthode consiste dans l'emploi de ce qu'on peut appeler un abrasomètre, c'est-à-dire d'un bloc taillé, de dureté connue, qu'on soumet à l'usure de la meule. Ce bloc est appliqué contre la meule avec une pression constante, tandis que la meule tourne à une vitesse donnée. En pesant exactement le bloc avant et après l'essai on obtient un nombre qui permet de faire des comparaisons, si on prend soin d'essayer les autres meules de la même façon et si les meules ont des formes semblables ou ont des dimensions types. On néglige généralement la perte de poids de la meule qui est insignifiante.

M. C. N. Jencks, d’Asheville, N.C.! a fait il y a quelques années, une très intéressante série d'essai en se plaçant à un point de vue commercial et dans les conditions particulières, dans le but d'obtenir le maximum d'uniformité et de rendement, des résultats et des nombres bien définis et comparables entre eux. Les meules soumises à l'essai avaient toutes des dimensions uniformes: 12 pouces de diamètre par 1} pouce d'épaisseur, et étaient classées par séries, dans chaque série le grain ayant la même grosseur. Les meules, toutes fabriquées par le même procédé, possédaient ie même degré de dureté; c'étaient les mêmes hommes qui mélaient, moulaient et manipulaient et qui surveiliaient la fabrication. Chaque poupée de tour portait deux meules, de ‘açon à avoir une vitesse uniforme pendant l'essai; de même l'alimentation et la pression étaient maintenues constantes. La vitesse variait de 1,200 à 2,500 tours par minute, et la pression était maintenue à la valeur jugée la meilleure, mais était toujours au-dessus de 5 livres à. Comme métal, M' Jencks employait des barres d'acier à outil Jessop, de 13 X 1 pouce, et des barres d'acier fondu d'un pouce carré. À la suite de ces essais, M. Jencks put classer de la façon suivante les divers abrasifs mis en meules, d'après leur pouvoir d'usure; diamant; corindon de la Caroline du Nord (comté de Jackson); corindon type de la Caroline du Nord et de la Georgie; corindon émeri de Chester (Massach); émeri choisi de Turquie; corindon du Bengal ou indien et quelques autres émeris étrangers; émeri de Naxos; émeri grenat de Peeskell (N.Y.); bon Caroline du Nord dans gangue de chlorite; carborundum; grains d'acier écrasés et préparés chimiquement; bon flint, cristaux de quartz, et grenat ordinaire; quartz ordinaire, flint, sable, etc.

Dès qu'on se fut rendu compte de l'avenir économique des gisements de corindon de l'Ontario, on attira l'attention du directeur du bureau des Mines de cette province sur l'intérêt qu'il y avait à instituer des essais sérieux et comparables, de façon à obtenir des renseignements plus précis sur la valeur relative de nos corindons. On soumit d’abord à là Hart Emery Company d'Hamilton, Ontario, pour en faire l'essai, un lot de corindon en grains, provenant de la première découverte minière, du

1 Min. Industry; Vol. IV, 1895, pp. 16-17.

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lot 14, concession XIV, canton de Carlow, et préalablement broyé et classé dans les laboratoires de l'École des Mines de Kingston. Les essais furent faits avec des meules de 12 pouces de diamètre et de 4 à 1 pouce d'épaisseur. Les meules étaient fixées aux extrémités d'un même arbre, l’une était faite avec du corindon d’Hastings (Ontario), l'autre avec du corindon de la Caroline du Nord ou du carborundum. La vitesse était maintenue à 1,700 tours par minute. Les blocs à user était 1° du laiton 2°, de la fonte 3°, du fer forgé 4°, de l'acier fondu et avaient environ 1 pouce à 1} pouce de diamètre. À la date du 2 mars 1899, un rapport adressé au directeur de la compagnie expose qu'on a fait 23 essais comparatifs. Quatre de ces essais, avec l’Hastings “Spécial” n'y figurent pas, car la compagnie ne donne aucun renseignement sur la nature de cette substance. Dans les essais comparatifs avec le laiton du corindon de l'Ontario et de la Caroline du Nord, le premier usa une demi once de plus en 3 heures. Toujours avec du laiton, les essais comparatifs du corindon de l'Ontario et du carborundum donnèrent des résultats contradictoires qui ont besoin d'être élucidés avant d'être acceptés. L'expérience cependant est l'argument favorable au carborundum. On fit quatre essais sur fonte avec des meules constituées respectivement de corindon de l'Ontario et de la Caroline du Nord. Dans le plus long de ces essais, qui dura 3 heures, le corindon d'Hastings donna une usure nette de 8? onces, et le corindon de la Caroline 34 onces seulement dans le même temps. Ces essais ont permis de remarquer que si les meules de la Caroline coupent avec plus de vitesse que les meules de l'Ontario, ces dernières ont moins de tendance à se glacer ou à se graisser, et demandent de moins fréquents nettoyages. Le corindon de l'Ontario possède ainsi la propriété très précieuse que ses grains se brisent de façon à présenter toujours de nouveaux angles vifs à la substance à user (voir planche XXIV). Dans un essai comparatif d’une heure entre le corindon de l'Ontario et le carborundum sur fonte, l'usure nette fut à peu près la même (23 onces). Sur fer fondu, les essais comparatifs de corindons ontariens et ca-oliniens d'une part, et de corindoi ontarien et carborundum de l’autre, sont certainement peu satisfaisants et très discordants, de sorte qu'ils doivent être considérés comme ne prouvant pas grand chose en faveur de l’un ou de l’autre.

Dans deux essais comparatifs de meules de corindon de l'Ontario et de la Caroline du Nord, faits tous deux avec de l'acier fondu, mais d'une durée respective de 1 et 2 heures, les résultats furent: dans le premier essai, usure identique de 3 onces; dans le deuxième, usure par le corindon d'Ontario 4 oncss, par le corindon de la Caroline, 34 onces. De même des essais comparatifs de corindon de l'Ontario et de carborundum sur acier fondu, d'une durée de 8 heures, ont donné; usure par le corindon 19 onces; usure par le carborundum 5} onces seulement,